清华大学《电路原理》课件-第1章

PrinciplesofElectricCircuitsLecture1TsinghuaUniversity20131第1讲绪论电压电流和功率重点1电路的组成2电路的模型3电路的变量4电压和电流的参考方向5电路的功率清华大学

电路原理PrinciplesofElectricCircuitsLecture1TsinghuaUniversity20132电路？我初中就学过了^_^“电路”、“电路原理”、“电路理论基础”、“电路分析基础”这些课程名称背后的含义？“电路原理”课程和其他课程的关系？几个问题第1部分绪论PrinciplesofElectricCircuitsLecture1TsinghuaUniversity20133电路原理和原来学过的电路

有什么区别？研究对象更复杂R、L、C、M、OpAmp、MOSFET……多个源、多种源分析方法更多样节点、回路、叠加、戴维南、三要素、相量……引入很多重要概念端口、对偶、工作点、零状态……重要观点的有效载体工程、抽象、等效……PrinciplesofElectricCircuitsLecture1TsinghuaUniversity20134工科电路课程的名称电路电路原理电路分析基础96学时64学时电路原理电路理论基础电路原理A区别：拉普拉斯变换求解动态电路图论均匀传输线磁路PrinciplesofElectricCircuitsLecture1TsinghuaUniversity20135电路是你的第一门“工程”类课计算结果的表示模型精度和计算方便程度的折中直觉解法和0.05谁大？不是模型越精确越好有本事的工程师直接能“看”出结果PrinciplesofElectricCircuitsLecture1TsinghuaUniversity20136什么是电路？电路（electriccircuits）就是由若干电气元件（electricalelements）相互连接构成的电流的通路。本课程中要接触的电气元件有电阻R、电容C、电感L、二极管D、MOSFET、理想运算放大器（OperationalAmplifier,OpAmp）、互感线圈M、理想变压器T等PrinciplesofElectricCircuitsLecture1TsinghuaUniversity20137为什么要学习电路？从学术的观点来看电路是ElectricalEngineering的基础。电路是ComputerScience的基础。从实际情况来看电路原理是许多高级课程的先修课程。熟练掌握电路原理对现实生活有帮助。PrinciplesofElectricCircuitsLecture1TsinghuaUniversity20138什么是EECS？国内习惯的归类与统称各学科领域国外习惯的归类与统称电气工程电力工程电气工程信息科学与技术(或电子信息科学与技术)控制工程通信工程电子工程……计算机科学与技术计算机科学计算机工程统称：电气工程与信息科学（或电气电子信息科学）统称：电气工程与计算机科学（简称EECS、ECE）PrinciplesofElectricCircuitsLecture1TsinghuaUniversity20139电路都有哪些作用？处理能量

电能的产生、传输、分配……处理信号

电信号的获得、变换、放大……同时处理信号和能量

天线、CPU及其供电系统、智能电网……PrinciplesofElectricCircuitsLecture1TsinghuaUniversity201310电气化铁道系统PowerPlantsLowvoltageACelectricitywatercoalnuclearTransformersHighvoltageACelectricityConvertersDCelectricityDCmotorsDrivingforce电能的产生、传输和分配处理电能PrinciplesofElectricCircuitsLecture1TsinghuaUniversity201311手机通讯系统DigitalSignalvoiceADCcoderandantennaElectromagneticwaveElectromagneticwaveCenterantennaanddecoderDigitalSignalvoiceDAC电信号的获得、变换和放大处理信号PrinciplesofElectricCircuitsLecture1TsinghuaUniversity201312电路原理和智能手机电路原理数字电子技术计算机原理(PDA)信号与系统通信原理无线通信(通信模块)智能手机PrinciplesofElectricCircuitsLecture1TsinghuaUniversity201313电路原理和GoogleMaps/Earth电路原理数字电子技术计算机原理计算机网络信号与系统通信原理卫星通信计算机图形学GoogleMaps/EarthPrinciplesofElectricCircuitsLecture1TsinghuaUniversity201314电路原理课程的后续课程电路原理相互融合的信息系统(无处不在的IT产业)公共基础专门技术应用领域电力系统(能量传输与处理)控制系统(信号反馈与处理)通信系统(信号传输与处理)信号处理系统*计算机系统电力电子技术(关注大功率)通信电路(关注高频段)微电子技术(集成芯片设计)模拟电子线路数字电子线路信号与系统*：指各类信号处理课程，包括某些专业的专门课程（如生物医学工程、核电子学等）PrinciplesofElectricCircuitsLecture1TsinghuaUniversity201315电路分析(Analysis)电路理论（电路原理）实际电路电路模型列写方程求解方程（代数、常微分、偏微分）结果电路分析电路综合电路综合(Synthesis)PrinciplesofElectricCircuitsLecture1TsinghuaUniversity201316学习电路的几条理由认识当代常见元器件学会电气工程基本概念掌握电路核心分析方法认同看待电路的观点训练思维体操PrinciplesofElectricCircuitsLecture1TsinghuaUniversity201317重点第2部分电压、电流和功率1电路的组成2电路的模型3电路的变量4电压和电流的参考方向5电路的功率PrinciplesofElectricCircuitsLecture1TsinghuaUniversity201318电路源(发电厂、光电池、麦克风等)负荷(电动机、扬声器、屏幕等)导线与开关(输电线路、电路板等)1电路的组成lineswitchLampBattery能量和信号处理电路(变压器、放大器等)PrinciplesofElectricCircuitsLecture1TsinghuaUniversity201319＋－uSR1R3R6R5R4R7根据电源性质直流电路交流电路根据负荷性质电阻电路动态电路k(t=0)USCR根据感兴趣的时段暂态分析稳态分析USU0tuC0正弦激励周期性非正弦激励如何看待电路PrinciplesofElectricCircuitsLecture1TsinghuaUniversity201320本学期的主要内容线性电阻电路非线性电阻电路线性动态电路的时域分析线性动态电路的稳态分析正弦激励周期性非正弦激励直流电路交流电路电阻电路动态电路暂态分析稳态分析PrinciplesofElectricCircuitsLecture1TsinghuaUniversity2013212电路的模型(1)理想电路元件基本理想电路元件（二端）电阻(resistance)：u-i

代数关系电感(inductance)：u

是i的微分关系电容(capacitance)：i

是u的微分关系电源(source)：u-i

相互独立实际电路元件简单的u-i关系抽象PrinciplesofElectricCircuitsLecture1TsinghuaUniversity201322（2)

电路建模抽象lineswitchLampBatteryRiUSRLkPrinciplesofElectricCircuitsLecture1TsinghuaUniversity201323电压voltage、电流current、电位potential电荷charge、磁通flux(1)电流current电荷的时间变化率Unit：A(安)(Ampere:1775--1836，France)3电路的变量直流电流DirectCurrent交流电流AlternatingCurrent理想直流电流（I）正弦交流电流（i(t)）单位时间内从A到B的正电荷量ABPrinciplesofElectricCircuitsLecture1TsinghuaUniversity201324(2)电压voltageUnit：V(伏)

(Volt:1745--1827，Italian)电场力移动单位电荷做的功电场力将单位正电荷从A移动到B所作的功经常称为：电压降ABPrinciplesofElectricCircuitsLecture1TsinghuaUniversity201325(3)

电位potential

从某点到参考节点的电压Symbol:

(orU） Unit:V(伏)abcdc为参考点，

c=0

a=Uac，

b=Ubc，

d=Udc参考点（referencepoint）的电位是零。PrinciplesofElectricCircuitsLecture1TsinghuaUniversity201326

c=0Uac=

a

，Udc=

dUad=Uac–Udc两点间的电压等于两点间的电位差Uac=Uad+Udc已知（1）任意两点之间有电压。（2）某点的电位是该点到参考点的电压。两点的电位和两点之间的电压有什么关系？KVL=

a

–

d电位降电压电压降abcdPrinciplesofElectricCircuitsLecture1TsinghuaUniversity201327例abc1.5V1.5VUab=1.5V，Ubc=1.5V，求

a,

b,

c,Uac(1)a为参考点，

a=0Uab=

a–

b

b=

a–Uab=–1.5VUbc=

b–

c

c=

b–Ubc=–1.5–1.5=–3VUac=

a–

c=

0

–(–3)=3V(2)b为参考点，

b=0Uab=

a–

b

a=

b+Uab=1.5VUbc=

b–

c

c=

b–Ubc=–1.5VUac=

a–

c=1.5

–(–1.5)=3V

两点间的电压不随参考点的选择而变化。PrinciplesofElectricCircuitsLecture1TsinghuaUniversity201328BA(4)电动势eletromotiveforceUnit:

V(伏)

uAB,电位的降低，eBA,电位的升高，非电场力将单位正电荷从B移动到A所作的功PrinciplesofElectricCircuitsLecture1TsinghuaUniversity201329(1)为什么要引入参考方向？(a)电压或电流的方向不确定？4电压和电流的参考方向PrinciplesofElectricCircuitsLecture1TsinghuaUniversity201330(b)电压或电流的方向随时间变化ii0tT/2T真实方向等于参考方向真实方向与参考方向反向如何表示电流i方向？PrinciplesofElectricCircuitsLecture1TsinghuaUniversity201331(2)电流的参考方向电流的真实方向

真实方向真实方向

参考方向（Referencedirection）：ABPrinciplesofElectricCircuitsLecture1TsinghuaUniversity201332表示电流参考方向的两种方法

箭头

双下标(iAB):参考方向从A指向Bi

参考方向i>

0i<0真实方向真实方向i

参考方向PrinciplesofElectricCircuitsLecture1TsinghuaUniversity201333例10V10ABI1II2I＝1A真实的方向从A到B。如果参考方向为I1，如果参考方向为I2，I2=-1AI1=1APrinciplesofElectricCircuitsLecture1TsinghuaUniversity201334(3)电压的参考方向+U>0+–U<0+–+-真实方向参考方向U真实方向参考方向U-PrinciplesofElectricCircuitsLecture1TsinghuaUniversity201335U2=-10V例UAB=10V，从A指向B(真实方向)

如果参考方向为U1如果参考方向为U2U1-+10V10ABU2-+U1=10VPrinciplesofElectricCircuitsLecture1TsinghuaUniversity201336表示电压参考方向的3种方法(1)箭头：正负极性：(3)双下标：UU+ABUAB表示电动势方向的3种方法ee＋－eBAABPrinciplesofElectricCircuitsLecture1TsinghuaUniversity201337(4)电压参考方向和电流参考方向之间的关系+–iu+–iu关联参考方向associatedreferencedirections非关联参考方向non-associatedreferencedirectionsu=Riu=–Ri+–iu+–iuPrinciplesofElectricCircuitsLecture1TsinghuaUniversity201338(1)功率PowerUnit：W(瓦)(Watt，瓦特，British)EnergyUnit：J(焦)(Joule，焦耳，British)将单位电荷从A移动到B所作的功单位时间内从A到B的电荷量单位时间内从A到B所作的功关联元件吸收5电路的功率PrinciplesofElectricCircuitsLecture1TsinghuaUniversity201339(2)功率的计算p=ui,元件吸收的功率P>0 (元件真正吸收功率)P<0 (元件真正发出功率)+–iup=ui

元件发出的功率P>0 (元件真正发出功率)P<0 (元件真正吸收功率)+–iu吸发关联吸吸发发非关联记忆方法1p=ui，吸关联发非关联PrinciplesofElectricCircuitsLecture1TsinghuaUniversity201340p=ui,元件吸收的功率+–iup=ui

元件发出的功率-i吸发关联非关联记忆方法2永远用关联计算p吸=ui+–uip=u(-

i)=-ui,元件吸收的功率吸Principles